CAS （compare and swap）比較并交換

在不加鎖的情況，保持在多線程的一致性問(wèn)題？ => CAS
1.知識(shí)鋪墊：i++在jvm 中是不安全的，不能保證原子性，在高并發(fā)的情況下，會(huì)存在問(wèn)題。JMM（每個(gè)線程都會(huì)把主內(nèi)存的數(shù)據(jù)copy的線程自己的空間中，執(zhí)行完畢之后再寫(xiě)回主內(nèi)存。）
2.解決方式 a.加鎖 b.CAS
3.案列：AtomicInteger getAndAddIn()
4.流程解析：
i = 0
Thread A i++ （ 拿到i=0 ,并i = i+1 ，準(zhǔn)備存入）還未存入
Thread B 在Thread A拿到I=0 之后，先存入到主內(nèi)存中， 此時(shí) 主內(nèi)存中的值 已經(jīng)變?yōu)?
Thread A 此時(shí)發(fā)現(xiàn)主內(nèi)存已經(jīng)變?yōu)?了，于是，拿到i=1 ，重新執(zhí)行 i = i+1 ，并寫(xiě)入到主內(nèi)存中。（假設(shè)僅僅有2個(gè)線程。）
5.引發(fā)新問(wèn)題 ABA 問(wèn)題：
概念：線程a在最終寫(xiě)入主內(nèi)存時(shí)，僅僅會(huì)比較當(dāng)前值，而不關(guān)注他的變化過(guò)程（他可能由 0—>1>0）
解決方案：加一個(gè)版本號(hào)，樂(lè)觀鎖

   //如果不相等的話，則繼續(xù)執(zhí)行一遍，再拿出值，進(jìn)行比較，直到相等 則寫(xiě)入。
    public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); //native 實(shí)現(xiàn)。
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));//native 實(shí)現(xiàn)。

        return var5;
    }
//引出匯編指令(也就是說(shuō)硬件直接支持)如果為多個(gè)cpu則加個(gè)lock
lock cmpxchg    => compare  exchange（lock保證原子性，其他cpu無(wú)法訪問(wèn)）
volatile 和syn  都是通過(guò)它實(shí)現(xiàn)

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java在內(nèi)存中的存儲(chǔ)布局

1.Object o = new Object()在內(nèi)存中占用多少個(gè)字節(jié)？ => 16個(gè)字節(jié)（內(nèi)容為空，比如說(shuō)：int 4個(gè)字節(jié)，對(duì)象引用4個(gè)字節(jié)）
2.對(duì)象頭 markword 8個(gè)字節(jié)（鎖信息、分帶年齡）（=>可以回顧一下垃圾回收過(guò)程：CMS 6 JVM 15 默認(rèn)）
-- a.new -> 偏向鎖-> 輕量級(jí)鎖(無(wú)鎖、自旋鎖、自適應(yīng)鎖)->重量級(jí)鎖 （syn的優(yōu)化過(guò)程）
3.class 對(duì)象指針，指向class對(duì)象（默認(rèn)開(kāi)啟壓縮，被壓縮 成4個(gè)字節(jié)，原8個(gè)）
4.實(shí)例數(shù)據(jù)：對(duì)象中存的數(shù)據(jù)、int 4個(gè)字節(jié)，string 4個(gè)字節(jié)（壓縮后）
5.對(duì)齊（若不為8的倍數(shù)，則自動(dòng)補(bǔ)齊，優(yōu)化方式，8字節(jié)更快）

//依賴(lài)
<dependency>
            <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
            <artifactId>jol-core</artifactId>
            <version>0.10</version>
</dependency>

//測(cè)試代碼
  public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(obj).toPrintable());
    }

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Syn的優(yōu)化過(guò)程

前置知識(shí)：由用戶態(tài) 向 內(nèi)核態(tài)申請(qǐng)重量鎖 ，非常耗費(fèi)資源。
1.無(wú)鎖
2.偏向鎖（存放線程指針、 偏向鎖標(biāo)記為1）：線程執(zhí)行任務(wù)是很快的，一般也不會(huì)沖突，因此，默認(rèn)只需要加一個(gè)標(biāo)記，而不需要上鎖
3.輕量級(jí)鎖（自旋鎖，也就無(wú)鎖）：釋放偏向鎖，記錄Lock Record （CAS ）缺點(diǎn)：耗費(fèi)CPU，適用于競(jìng)爭(zhēng)不太激烈的情況
4.重量級(jí)鎖，指向重量級(jí)鎖（mutex 互斥量）的指針，鎖標(biāo)記為10，當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)加劇、或者自旋超過(guò) n次，則升級(jí)，每一個(gè)重量級(jí)鎖都有一個(gè)隊(duì)列，沒(méi)被執(zhí)行的任務(wù)、是不會(huì)占用cpu的
5.GC標(biāo)記信息：CMS過(guò)程用到的標(biāo)記信息 鎖狀態(tài)為11
6：上鎖時(shí)，hashCode 會(huì)被 存放到LR中。

鎖降級(jí)、鎖消除和鎖粗化

1.鎖降級(jí) -> GC的時(shí)候會(huì)發(fā)生
2.鎖消除，如果JVM發(fā)現(xiàn)某個(gè)局部變量、并不會(huì)被其他線程調(diào)用，則會(huì)把syn取消
3.鎖粗化，如果一直循環(huán)的在加鎖、釋放鎖，JVM會(huì)優(yōu)化成只在while中加一次鎖。

Syn的最底層實(shí)現(xiàn)

linux +HSDIS 做測(cè)試
HSDIS 反匯編工具 HotSpot Di assembly
·JIT Just In Time 及時(shí)編譯器 ，將熱點(diǎn)代碼直接編譯成機(jī)器語(yǔ)言，而不在重新編譯了。
最終會(huì)發(fā)現(xiàn)加了syn 或者使用了volatile變量 的方法 底層都是 lock cmpexh

Syn的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

1.java代碼：synchronized 關(guān)鍵字
2.字節(jié)碼 monitorenter moniterexit
3.jvm 在執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)升級(jí)
4.硬件級(jí) 匯編語(yǔ)言 comxchg (compare and exchange)

Volatile

前置知識(shí)：
計(jì)算機(jī)組成原理： 核心就是CPU+內(nèi)存+外設(shè)（硬盤(pán)、顯示器、網(wǎng)卡等等。）
執(zhí)行過(guò)程：內(nèi)存中存放的就是指令，CPU獲取、并執(zhí)行指令。
PC寄存器 是存放下一條指令的位置

ALU：計(jì)算
cache:多級(jí)緩存（ 金字塔結(jié)構(gòu) 容量大、速度慢。 寄存器最快、硬盤(pán)最慢 （1:100w））
cache：就是緩存 用來(lái)提升訪問(wèn)速度的。
進(jìn)程和線程的區(qū)別：線程是CPU執(zhí)行的基本單位。進(jìn)程是CPU分配資源的基本單位。
線程切換：Context Switch 當(dāng)2線程進(jìn)行切換時(shí)，需要將正在執(zhí)行的線程的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。再執(zhí)行第二個(gè)線程。
超線程：一個(gè)ALU對(duì)應(yīng)2組PC|Registers ，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一組 PC|Registers ，因此 多線程進(jìn)行切換時(shí)，并不需要保存當(dāng)前線程的的數(shù)據(jù)。這就是所謂的四核八線程，因此線程切換的速度更快了。
緩存行 cache line：按行讀?。ǐ@取變量時(shí)，會(huì)把相鄰數(shù)據(jù)一同獲取過(guò)來(lái)，最近優(yōu)先原則）一行數(shù)據(jù)是64個(gè)字節(jié)。
緩存行越大，局部效率越高、但讀取時(shí)間慢、
緩存行越小、局部性效率低、但讀取時(shí)間快、（目前最優(yōu)選擇64字節(jié)）
MESI （E（exclusive）、M（modified）、S（shared）、I（invalid））緩存一致性協(xié)議、不同的CPU用的協(xié)議都是不一樣的。（省略詳細(xì)過(guò)程）

基礎(chǔ)作用：
保證線程間的可見(jiàn)性。（每個(gè)線程都有自己的內(nèi)存空間，獲取變量時(shí)，會(huì)復(fù)制一份到內(nèi)存中，當(dāng)主內(nèi)存中的值變化時(shí)，會(huì)同步到各個(gè)線程中。）

禁止指令重排：
概念：CPU的亂序執(zhí)行，比如說(shuō) step1 需要耗費(fèi)100ms step2 需要10ms。則step2可能與step1并行。則step2先執(zhí)行完畢。（測(cè)試案列：略）
實(shí)現(xiàn)方式如下：
JVM：內(nèi)存屏障
匯編：lock指令

源自馬士兵2020年最新Java多線程高并發(fā)編程詳細(xì)講解公開(kāi)課：
https://www.bilibili.com/video/BV1xK4y1C7aT?p=2

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